新教材2024高中物理第四章光4.3光的干涉同步測試新人教版選擇性必修第一冊

第四章光3光的干涉【基礎鞏固】1.(多選)英國物理學家托馬斯·楊奇妙地解決了相干光源問題,第一次在試驗室視察到了光的干涉現象.試驗裝置簡圖如圖甲所示,M為豎直線狀光源,N和O均為有狹縫的遮光屏,P為像屏.現有四種刻有不同狹縫的遮光屏如圖乙所示,試驗時正確的選擇是 ()甲乙A.N應選用遮光屏1B.N應選用遮光屏3C.O應選用遮光屏2 D.O應選用遮光屏4解析:光先通過單縫,再通過雙縫,才能形成相干光發(fā)生雙縫干涉.依據像屏P上條紋分布可知,N應選用遮光屏1,O應選用遮光屏2,選項A、C正確,選項B、D錯誤.答案:AC2.白光通過雙縫后在屏上產生彩色條紋,若用紅色和綠色玻璃各攔住一縫,則屏上將 ()A.出現黃色的干涉條紋 B.出現紅綠相間的條紋C.出現黑白相間的條紋 D.無干涉條紋解析:紅光和綠光的頻率不同,不能產生干涉現象.答案:D3.(多選)下圖是光的雙縫干涉的示意圖,下列說法正確的是 ()A.單縫S的作用是為了增加光的強度B.雙縫S1、S2的作用是為了產生兩個頻率相同的線狀光源C.當S1、S2發(fā)出兩列光波到P點的路程差為光的波長λ的1.5倍時,產生其次級暗條紋D.當S1、S2發(fā)出的兩列光波到P點的路程差為波長λ時,產生中心亮條紋解析:單縫是為了獲得線光源,選項A錯誤.雙縫是為了獲得相干光源,選項B正確.當S1、S2發(fā)出的兩列光波到某點的路程差為0時,此點出現中心亮紋;路程差為λ2時,此點出現第一級暗紋;路程差為32λ答案:BC4.在雙縫干涉試驗中,光屏上P點到雙縫S1、S2的距離之差Δs1=0.75μm,光屏上Q點到雙縫S1、S2的距離之差Δs2=1.5μm.若用頻率f=6.0×1014Hz的光照耀雙縫,光在真空中的速度c=3.0×108m/s,則 ()A.P點出現亮條紋,Q點出現暗條紋B.P點出現暗條紋,Q點出現亮條紋C.兩點均出現亮條紋D.兩點均出現暗條紋解析:由光的頻率f=6.0×1014Hz知光的波長λ=cf=5×10-7m.P點到雙縫S1、S2的距離之差Δs1=0.75μm=7.5×10-7m=1.5λ.Q點到雙縫S1、S2的距離之差Δs21.5μm=15×10-7m=3λ.因此,P點出現暗條紋,Q點出現亮條紋,選項B正確.答案:B5.(2024·山東卷)用平行單色光垂直照耀一層透亮薄膜,視察到如圖所示明暗相間的干涉條紋.下列關于該區(qū)域薄膜厚度d隨坐標x的改變圖像,可能正確的是()

ABCD解析:此條紋是由上方玻璃板的下表面和下方玻璃板的上表面反射光疊加后形成的,其光程差為透亮薄膜厚度的2倍.由題圖可知,從左向右條紋的間距漸漸增大,結合干涉條紋對應的厚度公式可知,從左向右薄膜厚度的改變率漸漸減小,四個選項中,只有D符合題意.答案:D6.(多選)把一平行玻璃板壓在另一個水平放置的平行玻璃板上,一端用薄片墊起,構成劈形空氣薄膜,讓單色光從上方垂直射入,如圖所示,這時可以看到明暗相間的條紋.下列關于條紋的說法正確的是 ()A.干涉條紋的產生是光在劈形空氣膜的上下兩面反射形成的兩列光疊加的結果B.干涉條紋中的暗紋是上述兩列反射光的波谷與波谷疊加的結果C.將上面的玻璃板平行上移,條紋向著劈尖移動D.視察薄膜干涉條紋時,應在入射光的另一側解析:依據薄膜干涉的產生原理可知,題述現象是由劈形空氣薄膜上下兩面反射的兩列光疊加而成的,當波峰與波峰、波谷與波谷相遇疊加時,振動加強,形成亮條紋,所以選項A正確,選項B錯誤.發(fā)生干涉的光是反射光,視察薄膜干涉時,應在入射光的一側,選項D錯誤.條紋的位置與空氣膜的厚度是對應的,當上面的玻璃板平行上移時,同一厚度的空氣膜向劈尖移動,條紋向著劈尖移動,選項C正確.答案:AC7.在雙縫干涉試驗中,雙縫到光屏上P點的距離之差為0.6μm.若分別用頻率f1=5.0×1014Hz和f2=7.5×1014Hz的單色光垂直照耀雙縫,則頻率為f1的a單色光照耀時P點出現條紋,頻率為f2的b單色光照耀時P點出現條紋.(真空中的光速c=3.0×108m/s)

解析:依據波的疊加學問,可知與兩個狹縫的路程差是波長的整數倍處出現亮條紋,與兩個狹縫的路程差是半波長的奇數倍處出現暗條紋.據λ=cf可得λ1=cf1=3×1085.0×1014m=0.6×10-6m=0.6μm,λ2=cf2=3.0×1087.5×答案:亮暗【拓展提高】8.某同學查資料得知,含有自然氣的氣體的折射率大于干凈空氣的折射率,于是他依據雙縫干涉現象設計了一個監(jiān)測儀,其原理如圖所示.在雙縫前面放置兩個完全相同的透亮容器A、B,容器A與干凈的空氣相通,容器B通入礦井中的氣體,通過視察屏上的干涉條紋,就能夠監(jiān)測自然氣濃度.若屏的正中心O點變?yōu)榘导y,則說明B中氣體()

A.肯定含有自然氣B.肯定不含有自然氣C.不肯定含有自然氣D.無法推斷解析:若屏的正中心O變?yōu)榘导y,則說明從兩個子光源到屏的路程差發(fā)生了改變,所以B中氣體肯定含有自然氣.答案:A9.在雙縫干涉試驗中,用頻率為5×1014Hz的單色光照耀雙縫,若屏上P點到雙縫距離之差為0.9μm,則P點將出現條紋.若將整個裝置放入折射率n=2的介質中進行上述試驗,則P點將出現條紋.(真空中的光速c=3.0×108m/s)

解析:由c=λf得λ=0.6×10-6m,Δsλ=0.9×10-6m0.6×10-6m=32,即Δs=32λ,P點出現暗條紋.放入n=2的介質中,v=cn=1.5×108答案:暗亮10.激光散斑測速是一種新的測速技術,它應用了光的干涉原理.二次曝光照相所獲得的“散斑對”相當于雙縫干涉試驗中的雙縫,待測物體的速度v與二次曝光時間間隔Δt的乘積等于雙縫間距.試驗中可測得二次曝光時間間隔Δt、雙縫到屏的距離l以及相鄰兩條亮紋的間距Δx.若所用激光波長為λ,則物體運動速度的表達式是.

解析:雙縫干涉條紋間距Δx=ldλ,d=vΔt,所以Δx=lvΔtλ,則答案:lλ11.雙縫干涉試驗裝置如圖所示,綠光通過單縫S后,投射到具有雙縫的擋板上,雙縫S1和S2到單縫S的距離相等,光通過雙縫后在與雙縫平行的屏上形成干涉條紋.屏上O點到雙縫S1和S2的距離相等,P點出現第一級亮條紋.假如將入射的單色光換成紅光或藍光,屏上O點是亮條紋,還是暗條紋?說明其上方的第一級亮條紋的分布狀況.答案:由于O點到雙縫的路程差為0,紅光入射時O點是亮條紋,藍光入射時O點也是亮條紋;P點是綠光的第一級亮條紋,紅光的波長大于綠光的,條紋間距大于綠光的條紋間距,所以紅光的第一級亮條紋在P點的上方,藍光的波長小于綠光的,所以藍光的第一級亮條紋在P點的下方.【挑戰(zhàn)創(chuàng)新】12.光纖通信是20世紀70年頭以后發(fā)展起來的新技術,世界上很多國家都在主動探討和發(fā)展這種技術.有線制導導彈放射時,在導彈后面連有一根細如蛛絲的光纖,就像放風箏一樣,這種纖細的光纖在導彈和放射裝置之間,起著雙向傳輸信號的作用.光纖制導的下行光信號是鎵鋁砷激光器發(fā)出的在纖芯中波長為0.85μm的單色光.上行光信號是銦鎵砷磷發(fā)光二極管放射的在纖芯中波長為1.06μm的單色光.這種操縱系統通過這根光纖向導彈發(fā)出限制指令,導彈就猶如長了“眼睛”一樣盯住目標.已知光纖纖芯的折射率為1.47.(1)在光纖制導中,上行光信號在真空中波長是多少?(2)為什么上行光信號和下行光信號要采納兩種不同頻率的光?解析